合成ガス生成装置
【課題】本発明は、合成ガス生成装置に関し、ＣＯ２を吸収させた電解液の電気分解によってＦＴ反応の原料ガスを生成する場合において、原料ガス中のＣＯ２ガスの混入割合を低減可能な合成ガス生成装置を提供することを目的とする。
【解決手段】電解器１０は、ＣＯ２吸収済みの電解液で満たされたカソード室２６を備えている。カソード室２６の電解液の液面上方には、電解液の液面全体を覆うようにＣＯ２フィルタ３４が設けられている。ＣＯ２フィルタ３４は、カソード室２６の所定位置に固定されおり、ＣＯ２分子を通過させずに、Ｈ２分子およびＣＯ分子を通過させることの可能なサイズの細孔が無数に形成された多孔体から構成される。ＣＯ２フィルタ３４によれば、電解液から放出（溶出）したＣＯ２ガスを空間３８に留めつつ、ガス取り出し部３６に送られるガス中のＨ２やＣＯの純度や分圧を高めることができる。
【解決手段】電解器１０は、ＣＯ２吸収済みの電解液で満たされたカソード室２６を備えている。カソード室２６の電解液の液面上方には、電解液の液面全体を覆うようにＣＯ２フィルタ３４が設けられている。ＣＯ２フィルタ３４は、カソード室２６の所定位置に固定されおり、ＣＯ２分子を通過させずに、Ｈ２分子およびＣＯ分子を通過させることの可能なサイズの細孔が無数に形成された多孔体から構成される。ＣＯ２フィルタ３４によれば、電解液から放出（溶出）したＣＯ２ガスを空間３８に留めつつ、ガス取り出し部３６に送られるガス中のＨ２やＣＯの純度や分圧を高めることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、合成ガス生成装置に関する。より詳細には、ＣＯ２を電気分解してＨ２、ＣＯを含む合成ガスを生成する合成ガス生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油、石炭、天然ガスといった化石燃料は、熱、電気の生成の原料や、運輸燃料として使用され、現代のエネルギー消費社会を支えている。しかし、このような化石燃料は使い切り燃料であり、その埋蔵量には限りがある。そのため、化石燃料が枯渇した場合の備えが必要であることは言うまでもない。また、化石燃料の燃焼によるＣＯ２の大気中への放出は、地球温暖化の一要因となることが知られている。そのため、ＣＯ２の排出量を低減することが、近年の課題となっている。
【０００３】
これらの課題を解決する一つの手段として、ＣＯ２を原料とした代替燃料が検討されており、その製造装置や製法に関し各種の提案がなされているところである。例えば、特許文献１には、ＣＯ２の電気分解によって上記代替燃料を生成するＣＯ２電解装置が開示されている。このＣＯ２電解装置は、具体的に、電解液を蓄えるカソード室の隣に、カソード電極としてのＣＮＴ膜と透過室とをこの順に配置し、カソード室の電解液にＣＯ２ガスをバブリングして吸収（溶解）させながら電気分解するものである。このＣＯ２電解装置によれば、ＣＮＴ膜で液体状の電解生成物（エタノールなど）を生成し、尚且つ、ＣＮＴ膜の機能によって透過室側に分離できる。
【０００４】
また、特許文献６には、電気化学的セルを用いた電気分解によって、ＣＯ２ガスと水蒸気とからＣＯガスとＨ２ガスとを生成し、これらの生成ガスを副生成物と分離した上でフィッシャー・トロプシュ反応（ＦＴ反応）して上記代替燃料としての炭化水素系燃料（ＨＣ）を合成するシステムが開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、水の電気分解により生じるＨ２やＯ２を電解槽の上方から採集する電解装置において、Ｈ２やＯ２以外の異物を除去する異物除去フィルタを電解槽上方に配置したものが開示されている。この異物除去フィルタは、メッシュ網に光触媒を形成したものであり、この光触媒の作用によってＨ２ガスやＯ２ガスに混ざってメッシュ網まで上昇してきた異物を除去することができる。
【０００６】
また、特許文献３には、アルコールの電気分解によりＨ２を生成するＨ２生成装置において、副生成物からＨ２のみを分離するための分離膜を設けることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２５５０１８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１８８８６号公報
【特許文献３】特開２００５−１７９１２８号公報
【特許文献４】特開２００６−３４８３２６号公報
【特許文献５】特開平９−１４３７７９号公報
【特許文献６】特表２００９−５０６２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記特許文献１のＣＮＴ膜では、液体状の電解生成物のみならずガス状の電解生成物（ＣＯやＨ２）も生成し、カソード室の上方から系外に排出される。そのため、排出されたガス状の電解生成物を回収し、その上で上記特許文献６のようにＦＴ反応させることができれば、原料ＣＯ２を最大限活用した代替燃料の製造が可能となる。しかし、上記特許文献１の電解装置では、バブリング時に電解液に吸収されなかったＣＯ２ガスや、電解液中から溶出したＣＯ２ガスが、ガス状の電解生成物に混入する可能性がある。そうすると、不活性なＣＯ２によって、ＦＴ反応の反応効率が低下してしまう。従って、原料ガス中のＣＯ２の混入割合を如何にして低下させるかが問題となる。
【０００９】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものである。即ち、ＣＯ２を吸収させた電解液の電気分解によってＦＴ反応の原料ガスを生成する場合において、原料ガス中のＣＯ２の混入割合を低減可能な合成ガス生成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、ＣＯ２を吸収させた電解液を電気分解してＨ２とＣＯとを含む合成ガスを生成する合成ガス生成装置であって、
陽極を有するアノード室と陰極を有するカソード室とを備え、それぞれの内部にＣＯ２吸収電解液を蓄える電解槽と、
前記カソード室におけるＣＯ２吸収電解液の液面全体を覆うように固定配置され、ＣＯ２を通過させることなくＨ２およびＣＯを通過可能なフィルタと、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記電解槽にＣＯ２吸収電解液を供給する電解液供給手段と、
前記フィルタの液面対向面からＣＯ２吸収電解液の液面までの液面間距離が設定距離よりも短くなるように前記電解液供給手段を制御する電解液供給制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記電解槽にＣＯ２吸収電解液を供給する電解液供給手段と、
前記電解液供給手段に接続されると共に、内部に蓄えた電解液にＣＯ２を吸収させることが可能なＣＯ２吸収手段と、
前記フィルタの固定箇所よりも下側の所定位置に接続され、前記カソード室と前記ＣＯ２吸収手段とを接続する接続通路と、
前記接続通路の開閉を制御する開閉制御手段と、
前記フィルタの液面対向面とＣＯ２吸収電解液の液面との間に形成される空間の圧力を取得する空間圧力取得手段と、
前記空間圧力取得手段によって取得した圧力が設定圧よりも高圧の場合に、前記接続通路を開くように前記開閉制御手段を制御する連通制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れか１つにおいて、
前記フィルタは、Ｈ２分子およびＣＯ分子を通過させ、かつ、ＣＯ２分子を通過させないサイズの細孔が形成された多孔体から構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によれば、ＣＯ２を通過させることなくＨ２およびＣＯを通過可能なフィルタを配置したので、ＣＯ２を吸収させた電解液の電気分解によって生成したガス中のＣＯ２の混入割合を低減できる。従って、ＦＴ反応の反応効率の低下を良好に抑制できる。また、第１の発明によれば、このフィルタを、カソード室におけるＣＯ２吸収電解液の液面全体を覆うように固定配置したので、ＣＯ２吸収電解液の液面とフィルタとの間に形成される空間において、ＣＯ２の分圧を高めることもできる。そのため、ＣＯ２吸収電解液からのＣＯ２の放出を抑制できると共に、この空間内に蓄積したＣＯ２をＣＯ２吸収電解液に再吸収させることもできる。従って、電解液中のＣＯ２濃度管理の容易化にも繋がる。
【００１５】
第２の発明によれば、電解液供給制御手段によって、フィルタの液面対向面からＣＯ２吸収電解液の液面までの液面間距離が設定距離よりも短くなるように電解液供給手段を制御できる。そのため、ＣＯ２吸収電解液の液面とフィルタとの間に形成される空間の圧力を所望圧力に制御できる。従って、ＣＯ２吸収電解液からのＣＯ２の放出を一層抑制できると共に、ＣＯ２吸収電解液へのＣＯ２ガスの再吸収も一層促進できる。
【００１６】
ＣＯ２吸収電解液からＣＯ２が放出され続けると、ＣＯ２吸収電解液の液面とフィルタとの間に形成される空間の圧力は、時間の経過と共に高くなり、ＣＯ２吸収電解液の液面は押し下げられていくことになる。ＣＯ２吸収電解液の液面が押し下げられれば、陰極とＣＯ２吸収電解液との接触面積が低下するので、電気分解の効率が低下してしまう。この点、第３の発明によれば、上記空間の圧力が設定圧よりも高圧の場合に、連通制御手段によって、カソード室とＣＯ２吸収手段とを接続する接続通路を開くように開閉制御手段を制御できる。従って、ＣＯ２吸収電解液の液面を一定以上の高さに維持して、電気分解の効率低下を未然に防止できる。加えて、ＣＯ２吸収手段に上記空間内のＣＯ２を還流できる。よって、ＣＯ２吸収手段に蓄えられた電解液中のＣＯ２吸収量を増やして全体のシステム効率を向上させることが可能となる。
【００１７】
第４の発明によれば、Ｈ２分子およびＣＯ分子を通過させ、かつ、ＣＯ２分子を通過させないサイズの細孔が形成された多孔体によって、ＣＯ２を吸収させた電解液の電気分解によって生成したガス中のＣＯ２の混入割合を良好に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態１の合成ガス生成装置を含む燃料製造システムの全体構成を示す概略図である。
【図２】図１の電解器１０の概略図である。
【図３】実施の形態２における電解器４０の概略図である。
【図４】実施の形態２において実行される電解液注入制御の具体的なフローチャートを示した図である。
【図５】実施の形態３の合成ガス生成装置を含む燃料製造システムの全体構成を示す概略図である。
【図６】図５の電解器５０の概略図である。
【図７】実施の形態３において実行されるＣＯ２放出制御の具体的なフローチャートを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施の形態１．
先ず、図１および図２を参照しながら、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態の合成ガス生成装置を含む燃料製造システムの全体構成を示す概略図である。図１に示すように、本実施形態の合成ガス生成装置は、電気分解によりＣＯガスおよびＨ２ガスを同時に生成する電解器１０を備えている。電解器１０は、その装置内温度を所定範囲内に制御する温度制御装置（図示しない）付きの電気分解装置である。電解器１０の詳細な構成は、図２の説明の際に説明する。
【００２０】
電解器１０の上流側には、ＣＯ２吸収（溶解）済みの電解液（例えば、ＫＨＣＯ３水溶液）をその内部に貯留する電解液タンク１２が設けられている。電解液タンク１２内の電解液は、そのＣＯ２濃度が設定濃度（例えば、ＣＯ２飽和状態）に保たれており、図示しないポンプによって電解器１０に送られる。
【００２１】
電解液タンク１２の上流側にはＣＯ２吸収器１４が設けられている。ＣＯ２吸収器１４は、大気をバブリング導入するための大気流入経路１４ａを備えており、大気中のＣＯ２をその内部に貯留した電解液に吸収させることができる。また、ＣＯ２吸収器１４は、大気放出経路１４ｂをも備えており、この大気放出経路１４ｂからＣＯ２濃度の低下した大気を放出させることができる。ＣＯ２吸収器１４内の電解液は、ＣＯ２吸収の後に図示しないポンプによって電解液タンク１２に送られる。
【００２２】
また、電解器１０の上流側には、水タンク１６が設けられている。水タンク１６内の水は、図示しないポンプによって電解器１０に送られる。なお、本発明における「電解液」とは、電解液タンク１２やＣＯ２吸収器１４内に貯留されている電解液のみを指すのではなく、この電解液と水タンク１６内の水とが混合した状態の混合液体をも含めたものを指すものとする。
【００２３】
一方、電解器１０の下流側には、ＦＴ合成器１８が設けられている。ＦＴ合成器１８の内部には、鉄、コバルト、ルテニウム系のＦＴ触媒（図示しない）が設けられている。ＦＴ合成器１８は、このＦＴ触媒の作用により、電解器１０からの合成ガス（ＣＯ、Ｈ２）を炭化水素系燃料（ＨＣ）に変換可能に構成されている。
【００２４】
ＦＴ合成器１８におけるＦＴ反応は、下記式（１）で表すことができる。
ＣＯ（ｇ）＋２Ｈ２（ｇ）→−［１／ｎ（ＣＨ２）ｎ］−（ｌ）＋Ｈ２Ｏ（ｇ） ・・・（１）
上記式（１）において、−［１／ｎ（ＣＨ２）ｎ］−は、ＨＣを表すものとする。
ＦＴ反応により得られたＨＣは、ＦＴ合成器１８の下流側の合成燃料タンク２０に蓄えられる。
【００２５】
次に、図２を参照しながら、電解器１０の構成について説明する。図２は、図１の電解器１０の概略図である。図２に示すように、電解器１０は、ＣＯ２吸収済みの電解液で満たされた電解槽２２を備えている。電解槽２２は、陰極２４を有するカソード室２６と、陽極２８を有するアノード室３０と、カソード室２６とアノード室３０とを連結する連結室３２と、カソード室２６の上方に設けられ図１のＦＴ合成器１８に接続されるガス取り出し部３６とを備えている。
【００２６】
陰極２４は、電気分解時にＣＯ２を還元しにくい金属（例えばＰｔ）から本体部分が構成され、この本体部分の表面の一部に、電気分解時にＣＯ２を選択的にＣＯに還元するＣＯ２還元触媒が設けられている。陽極２８は、電気分解時に電解液に溶解しない金属（例えば、Ａｕ、Ｐｔ）から構成されている。
【００２７】
陰極２４と陽極２８との間に電圧を印加すると、各電極において下記式（２）〜（４）の電気化学反応が起こる。
陰極２４：ＣＯ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→ＣＯ＋Ｈ２Ｏ ・・・（２）
２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２ ・・・（３）
陽極２８：２Ｈ２Ｏ→Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ− ・・・（４）
【００２８】
上記式（２）の反応は、陰極２４上のＣＯ２還元触媒が電解液に接する箇所において起こる。また、上記式（３）の反応は、陰極２４の本体部分が電解液に接する箇所において起こる。また、上記式（４）の反応は、陽極２８が水に接する箇所において起こる。
【００２９】
ところで、Ｈ２とＣＯのモル比率をＨ２：ＣＯ＝２：１（以下、この比率を「最適比率」と称す。）に設定することで、ＦＴ反応時のエネルギー効率を向上できることが知られている。本実施形態においては、この点を考慮して、電解器１０で生成するＨ２とＣＯの比率が最適比率となるように、電気分解条件（陰極２４と陽極２８との間に印加する印加電圧や、電解液中のＣＯ２濃度等）を制御している。
【００３０】
しかしながら、陰極２４からガス取り出し部３６に送られるガスには、Ｈ２ガスやＣＯガスの他、電解液から放出（溶出）したＣＯ２ガスが含まれる場合があり、このＣＯ２ガスによって、Ｈ２ガスやＣＯガスの分圧が低くなり、ＦＴ反応時のＨＣの収率が低下する可能性がある。また、ＣＯ２は不活性であるため、ＦＴ反応を阻害する可能性もある。更に、電解液からＣＯ２が放出されることは、電解液中のＣＯ２濃度の低下を意味するので、電解器１０で生成するＨ２とＣＯの比率が最適比率から乖離する要因となり得る。
【００３１】
そこで、本実施形態においては、図２に示すように、カソード室２６の電解液の液面上方に、電解液の液面全体を覆うようにＣＯ２フィルタ３４を設けている。ＣＯ２フィルタ３４は、カソード室２６の所定位置に固定されおり、ＣＯ２分子（短径：約３．２Å、長径：約５．４Å）を通過させずに、Ｈ２分子（短径：約２．０Å、長径：約２．７Å）およびＣＯ分子（短径：約３．３Å、長径：約４．２Å）を通過させることの可能なサイズの細孔が無数に形成された多孔体から構成される。ＣＯ２フィルタ３４としては、その平均細孔径が４．５〜５．０Åのゼオライトが好ましく用いられる。
【００３２】
ＣＯ２フィルタ３４によれば、不純物であるＣＯ２を除去でき、ガス取り出し部３６に送られるガス中のＨ２やＣＯの純度や分圧を高めることができるので、ＦＴ反応時のＨＣの収率低下を良好に抑制できる。また、ガス取り出し部３６に送られるガス中のＣＯ２の混入によるＦＴ反応の阻害を良好に抑制できる。また、図２に示すように、ＣＯ２フィルタ３４が設けられることで、電解液の液面とＣＯ２フィルタ３４との間の空間３８においてＣＯ２の分圧を高めることができるので、電解液からのＣＯ２の放出を抑制できると共に、空間３８に蓄積したＣＯ２ガスを電解液に再吸収させることもできる。従って、電解液のＣＯ２濃度を設定濃度に維持できるので、電解器１０で生成するＨ２とＣＯの比率を最適比率に保つことが可能となる。
【００３３】
なお、本実施形態においては、電解槽２２が上記第１の発明における「電解槽」に、ＣＯ２フィルタ３４が上記第１の発明における「フィルタ」に、それぞれ相当する。
【００３４】
実施の形態２．
次に、図３および図４を参照しながら、本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態においては、上記実施の形態１で説明した燃料製造システムを前提とし、図３の水位計４２の出力を用いて図４に示す電解液注入制御を実行することを特徴とする。そのため、上記実施の形態１と共通する構成については図中に同一の符号を付し、その説明を省略しまたは簡略化するものとする。
【００３５】
図３は、本実施形態における電解器４０の概略図である。図３に示すように、電解器４０は、ＣＯ２フィルタ３４の固定位置の直下のカソード室２６に水位計４２を備えている。水位計４２は、カソード室２６の液面の高さを検出可能に構成されている。
【００３６】
上記実施の形態１で述べたように、陰極２４と陽極２８との間に電圧を印加すると、陽極２８上で上記式（４）の反応が起こり、その結果、Ｈ２Ｏが消費される。そのため、電解槽２２の液面は経時的に低下していくことになる。そこで、本実施形態においては、水位計４２を用いて電解液の液面の高さを測定しながら、電解液の液面とＣＯ２フィルタ３４との間に気相（つまり、上記実施の形態１で説明した空間３８）が生じないように電解液および／または水を電解槽２２に供給することとしている（電解液注入制御）。
【００３７】
電解液注入制御を実行すれば、電解液の液面とＣＯ２フィルタ３４との間の気相の体積をほぼゼロに近づけて、その全圧を高めることができる。そのため、電解液からのＣＯ２の放出を一層抑制できると共に、電解液へのＣＯ２ガスの再吸収も一層促進できる。従って、電解器１０で生成するＨ２とＣＯの比率を、最適比率に近い値に保つことが可能となる。
【００３８】
図４は、本実施形態において実行される電解液注入制御の具体的なフローチャートを示した図である。なお、図４に示すルーチンは、陰極２４と陽極２８との間に電圧を印加している間、繰り返し実行されるものとする。
【００３９】
図４に示すルーチンでは、先ず、水位計４２からカソード室２６の液面高さが取得される（ステップ１００）。続いて、この液面高さが予め設定した所定レベルを下回るか否かが判定される（ステップ１１０）。本実施形態においては、この所定レベルが満水レベル、つまり電解液の液面と、ＣＯ２フィルタ３４の底面とが接する高さに設定されているものとする。
【００４０】
ステップ１１０において、液面高さが所定レベルを下回ると判定された場合には、電解液タンク１２から電解液および／または水タンク１６から水が電解槽２２に注入される（ステップ１２０）。なお、注入される電解液および水の総量は、電気分解によって消費された水量に応じて別途調整されるものとする。また、この消費水量は、例えば水位計４２から取得した液面高さに基づいて推定されるものとする。一方、液面高さが所定レベルを下回る場合には、電解液および／または水の注入を中止する（ステップ１３０）。
【００４１】
以上、図４に示したルーチンによれば、液面高さが満水レベルを下回ると判定された場合に電解液および／または水が電解槽２２に注入されるので、ＣＯ２フィルタ３４と液面の間の気相の体積をほぼゼロに近づけて、その全圧を高めることができる。従って、電解器１０で生成するＨ２とＣＯの比率を、最適比率に近い値に保つことが可能となる。
【００４２】
なお、本実施形態においては、電解液タンク１２および／または水タンク１６が上記第２の発明における「電解液供給手段」に相当する。また、本実施形態においては、図４のルーチンを実行することにより上記第２の発明における「電解液供給制御手段」が実現されている。
【００４３】
実施の形態３．
次に、図５乃至図７を参照しながら、本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態においては、上記実施の形態１で説明した燃料製造システムを前提とし、図６の圧力計５４の出力を用いて図７に示すＣＯ２放出制御を実行することを特徴とする。そのため、上記実施の形態１と共通する構成については図中に同一の符号を付し、その説明を省略しまたは簡略化するものとする。
【００４４】
図５は、実施の形態３の合成ガス生成装置を含む燃料製造システムの全体構成を示す概略図である。図５に示すように、本実施形態の合成ガス生成装置は、図１の電解器１０同様、電気分解によりＣＯガスおよびＨ２ガスを同時に生成する電解器５０を備えている。電解器５０は、ＣＯ２放出経路５２を介してＣＯ２吸収器１４と接続されている。ＣＯ２吸収器１４は、ＣＯ２放出経路５２の他に、大気をバブリング導入するための大気流入経路１４ａと大気放出経路１４ｂとを備えている。ＣＯ２放出経路５２を流れるガス中のＣＯ２や、大気流入経路１４ａを流れる大気中のＣＯ２は、ＣＯ２吸収器１４内の電解液に吸収され、大気放出経路１４ｂを経由して外部に放出される。
【００４５】
また、図６は、本実施形態における電解器５０の概略図である。図６に示すように、カソード室２６は、ＣＯ２フィルタ３４の固定位置よりも下側においてＣＯ２放出経路５２と接続している。また、カソード室２６がＣＯ２放出経路５２と接続する接続口近傍の放出経路５２には、圧力計５４が設けられている。圧力計５４は、空間３８内の圧力を検出可能に構成されている。また、圧力計５４の近傍のＣＯ２放出経路５２には、ＣＯ２放出経路５２を開閉する遮断弁５６が設けられている。
【００４６】
上記実施の形態１で述べたように、ＣＯ２フィルタ３４を設けることで空間３８においてＣＯ２の分圧を高めることができる。しかしながら、経時的に見ると、空間３８においては、ＣＯ２の分圧だけでなく全圧も上昇するので、電解液の液面が押し下げられていくことになる。電解液の液面が押し下げられれば、陰極２４上のＣＯ２還元触媒が電解液に接触する面積が低下する。そうすると、電気分解の効率が低下し、或いは、電解器１０で生成するＨ２とＣＯの比率が最適比率から乖離する要因となり得る。そこで、本実施形態においては、圧力計５４を用いて空間３８の圧力を測定し、空間３８の全圧が一定値以下になるように遮断弁５６の開閉を制御することとしている（ＣＯ２放出制御）。
【００４７】
ＣＯ２放出制御を実行すれば、電解液の液面を一定以上の高さに維持できる。そのため、上述した電気分解の効率低下や、最適比率からの乖離といった問題を未然に防止できる。また、空間３８のＣＯ２ガスは、高圧かつ高濃度である。従って、ＣＯ２放出制御を実行すれば、ＣＯ２吸収器１４でのＣＯ２吸収量を増やして全体のシステム効率を向上させることが可能となる。
【００４８】
図７は、本実施形態において実行されるＣＯ２放出制御の具体的なフローチャートを示した図である。なお、図７に示すルーチンは、陰極２４と陽極２８との間に電圧を印加している間、繰り返し実行されるものとする。
【００４９】
図７に示すルーチンでは、先ず、圧力計５４から空間３８の圧力Ｐａが取得される（ステップ１４０）。続いて、この圧力Ｐａが閾値（例えば、２０ｋＰａ）よりも高いか否かが判定される（ステップ１５０）。そして、圧力Ｐａが閾値よりも高いと判定された場合には、空間３８内の圧力を低下させるべく遮断弁５６が開かれ、空間３８内のＣＯ２ガスがＣＯ２放出経路５２側に放出される（ステップ１６０）。一方、圧力Ｐａが閾値以下であると判定された場合には、遮断弁５６が閉じられる（ステップ１７０）。
【００５０】
以上、図７に示したルーチンによれば、空間３８の圧力Ｐａが閾値よりも高いと判定された場合にＣＯ２をＣＯ２放出経路５２側に放出してＣＯ２吸収器１４に還流できる。従って、電解液の液面を一定以上の高さに維持できるので、電気分解の効率低下や最適比率からの乖離といった問題を未然に防止できる。また、ＣＯ２吸収器１４でのＣＯ２吸収量を増やして全体のシステム効率を向上させることが可能となる。
【００５１】
なお、本実施形態においては、電解液タンク１２が上記第３の発明における「電解液供給手段」に、ＣＯ２吸収器１４が上記第３の発明における「ＣＯ２吸収手段」に、ＣＯ２放出経路５２が上記第３の発明における「接続通路」に、遮断弁５６が上記第３の発明における「開閉制御手段」に、圧力計５４が上記第３の発明における「空間圧力取得手段」に、それぞれ相当する。また、本実施形態においては、図７のステップ１５０〜１７０の処理を実行することにより上記第３の発明における「連通制御手段」が実現されている。
【符号の説明】
【００５２】
１０，４０，５０ 電解器
１２ 電解液タンク
１４ ＣＯ２吸収器
１４ａ 大気流入経路
１４ｂ 大気放出経路
１６ 水タンク
１８ ＦＴ合成器
２０ 合成燃料タンク
２２ 電解槽
２４ 陰極
２６ カソード室
２８ 陽極
３０ アノード室
３２ 連結室
３４ ＣＯ２フィルタ
３６ ガス取り出し部
３８ 空間
４２ 水位計
５２ ＣＯ２放出経路
５４ 圧力計
５６ 遮断弁
【技術分野】
【０００１】
この発明は、合成ガス生成装置に関する。より詳細には、ＣＯ２を電気分解してＨ２、ＣＯを含む合成ガスを生成する合成ガス生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油、石炭、天然ガスといった化石燃料は、熱、電気の生成の原料や、運輸燃料として使用され、現代のエネルギー消費社会を支えている。しかし、このような化石燃料は使い切り燃料であり、その埋蔵量には限りがある。そのため、化石燃料が枯渇した場合の備えが必要であることは言うまでもない。また、化石燃料の燃焼によるＣＯ２の大気中への放出は、地球温暖化の一要因となることが知られている。そのため、ＣＯ２の排出量を低減することが、近年の課題となっている。
【０００３】
これらの課題を解決する一つの手段として、ＣＯ２を原料とした代替燃料が検討されており、その製造装置や製法に関し各種の提案がなされているところである。例えば、特許文献１には、ＣＯ２の電気分解によって上記代替燃料を生成するＣＯ２電解装置が開示されている。このＣＯ２電解装置は、具体的に、電解液を蓄えるカソード室の隣に、カソード電極としてのＣＮＴ膜と透過室とをこの順に配置し、カソード室の電解液にＣＯ２ガスをバブリングして吸収（溶解）させながら電気分解するものである。このＣＯ２電解装置によれば、ＣＮＴ膜で液体状の電解生成物（エタノールなど）を生成し、尚且つ、ＣＮＴ膜の機能によって透過室側に分離できる。
【０００４】
また、特許文献６には、電気化学的セルを用いた電気分解によって、ＣＯ２ガスと水蒸気とからＣＯガスとＨ２ガスとを生成し、これらの生成ガスを副生成物と分離した上でフィッシャー・トロプシュ反応（ＦＴ反応）して上記代替燃料としての炭化水素系燃料（ＨＣ）を合成するシステムが開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、水の電気分解により生じるＨ２やＯ２を電解槽の上方から採集する電解装置において、Ｈ２やＯ２以外の異物を除去する異物除去フィルタを電解槽上方に配置したものが開示されている。この異物除去フィルタは、メッシュ網に光触媒を形成したものであり、この光触媒の作用によってＨ２ガスやＯ２ガスに混ざってメッシュ網まで上昇してきた異物を除去することができる。
【０００６】
また、特許文献３には、アルコールの電気分解によりＨ２を生成するＨ２生成装置において、副生成物からＨ２のみを分離するための分離膜を設けることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２５５０１８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１８８８６号公報
【特許文献３】特開２００５−１７９１２８号公報
【特許文献４】特開２００６−３４８３２６号公報
【特許文献５】特開平９−１４３７７９号公報
【特許文献６】特表２００９−５０６２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記特許文献１のＣＮＴ膜では、液体状の電解生成物のみならずガス状の電解生成物（ＣＯやＨ２）も生成し、カソード室の上方から系外に排出される。そのため、排出されたガス状の電解生成物を回収し、その上で上記特許文献６のようにＦＴ反応させることができれば、原料ＣＯ２を最大限活用した代替燃料の製造が可能となる。しかし、上記特許文献１の電解装置では、バブリング時に電解液に吸収されなかったＣＯ２ガスや、電解液中から溶出したＣＯ２ガスが、ガス状の電解生成物に混入する可能性がある。そうすると、不活性なＣＯ２によって、ＦＴ反応の反応効率が低下してしまう。従って、原料ガス中のＣＯ２の混入割合を如何にして低下させるかが問題となる。
【０００９】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものである。即ち、ＣＯ２を吸収させた電解液の電気分解によってＦＴ反応の原料ガスを生成する場合において、原料ガス中のＣＯ２の混入割合を低減可能な合成ガス生成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、ＣＯ２を吸収させた電解液を電気分解してＨ２とＣＯとを含む合成ガスを生成する合成ガス生成装置であって、
陽極を有するアノード室と陰極を有するカソード室とを備え、それぞれの内部にＣＯ２吸収電解液を蓄える電解槽と、
前記カソード室におけるＣＯ２吸収電解液の液面全体を覆うように固定配置され、ＣＯ２を通過させることなくＨ２およびＣＯを通過可能なフィルタと、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記電解槽にＣＯ２吸収電解液を供給する電解液供給手段と、
前記フィルタの液面対向面からＣＯ２吸収電解液の液面までの液面間距離が設定距離よりも短くなるように前記電解液供給手段を制御する電解液供給制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記電解槽にＣＯ２吸収電解液を供給する電解液供給手段と、
前記電解液供給手段に接続されると共に、内部に蓄えた電解液にＣＯ２を吸収させることが可能なＣＯ２吸収手段と、
前記フィルタの固定箇所よりも下側の所定位置に接続され、前記カソード室と前記ＣＯ２吸収手段とを接続する接続通路と、
前記接続通路の開閉を制御する開閉制御手段と、
前記フィルタの液面対向面とＣＯ２吸収電解液の液面との間に形成される空間の圧力を取得する空間圧力取得手段と、
前記空間圧力取得手段によって取得した圧力が設定圧よりも高圧の場合に、前記接続通路を開くように前記開閉制御手段を制御する連通制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れか１つにおいて、
前記フィルタは、Ｈ２分子およびＣＯ分子を通過させ、かつ、ＣＯ２分子を通過させないサイズの細孔が形成された多孔体から構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によれば、ＣＯ２を通過させることなくＨ２およびＣＯを通過可能なフィルタを配置したので、ＣＯ２を吸収させた電解液の電気分解によって生成したガス中のＣＯ２の混入割合を低減できる。従って、ＦＴ反応の反応効率の低下を良好に抑制できる。また、第１の発明によれば、このフィルタを、カソード室におけるＣＯ２吸収電解液の液面全体を覆うように固定配置したので、ＣＯ２吸収電解液の液面とフィルタとの間に形成される空間において、ＣＯ２の分圧を高めることもできる。そのため、ＣＯ２吸収電解液からのＣＯ２の放出を抑制できると共に、この空間内に蓄積したＣＯ２をＣＯ２吸収電解液に再吸収させることもできる。従って、電解液中のＣＯ２濃度管理の容易化にも繋がる。
【００１５】
第２の発明によれば、電解液供給制御手段によって、フィルタの液面対向面からＣＯ２吸収電解液の液面までの液面間距離が設定距離よりも短くなるように電解液供給手段を制御できる。そのため、ＣＯ２吸収電解液の液面とフィルタとの間に形成される空間の圧力を所望圧力に制御できる。従って、ＣＯ２吸収電解液からのＣＯ２の放出を一層抑制できると共に、ＣＯ２吸収電解液へのＣＯ２ガスの再吸収も一層促進できる。
【００１６】
ＣＯ２吸収電解液からＣＯ２が放出され続けると、ＣＯ２吸収電解液の液面とフィルタとの間に形成される空間の圧力は、時間の経過と共に高くなり、ＣＯ２吸収電解液の液面は押し下げられていくことになる。ＣＯ２吸収電解液の液面が押し下げられれば、陰極とＣＯ２吸収電解液との接触面積が低下するので、電気分解の効率が低下してしまう。この点、第３の発明によれば、上記空間の圧力が設定圧よりも高圧の場合に、連通制御手段によって、カソード室とＣＯ２吸収手段とを接続する接続通路を開くように開閉制御手段を制御できる。従って、ＣＯ２吸収電解液の液面を一定以上の高さに維持して、電気分解の効率低下を未然に防止できる。加えて、ＣＯ２吸収手段に上記空間内のＣＯ２を還流できる。よって、ＣＯ２吸収手段に蓄えられた電解液中のＣＯ２吸収量を増やして全体のシステム効率を向上させることが可能となる。
【００１７】
第４の発明によれば、Ｈ２分子およびＣＯ分子を通過させ、かつ、ＣＯ２分子を通過させないサイズの細孔が形成された多孔体によって、ＣＯ２を吸収させた電解液の電気分解によって生成したガス中のＣＯ２の混入割合を良好に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態１の合成ガス生成装置を含む燃料製造システムの全体構成を示す概略図である。
【図２】図１の電解器１０の概略図である。
【図３】実施の形態２における電解器４０の概略図である。
【図４】実施の形態２において実行される電解液注入制御の具体的なフローチャートを示した図である。
【図５】実施の形態３の合成ガス生成装置を含む燃料製造システムの全体構成を示す概略図である。
【図６】図５の電解器５０の概略図である。
【図７】実施の形態３において実行されるＣＯ２放出制御の具体的なフローチャートを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施の形態１．
先ず、図１および図２を参照しながら、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態の合成ガス生成装置を含む燃料製造システムの全体構成を示す概略図である。図１に示すように、本実施形態の合成ガス生成装置は、電気分解によりＣＯガスおよびＨ２ガスを同時に生成する電解器１０を備えている。電解器１０は、その装置内温度を所定範囲内に制御する温度制御装置（図示しない）付きの電気分解装置である。電解器１０の詳細な構成は、図２の説明の際に説明する。
【００２０】
電解器１０の上流側には、ＣＯ２吸収（溶解）済みの電解液（例えば、ＫＨＣＯ３水溶液）をその内部に貯留する電解液タンク１２が設けられている。電解液タンク１２内の電解液は、そのＣＯ２濃度が設定濃度（例えば、ＣＯ２飽和状態）に保たれており、図示しないポンプによって電解器１０に送られる。
【００２１】
電解液タンク１２の上流側にはＣＯ２吸収器１４が設けられている。ＣＯ２吸収器１４は、大気をバブリング導入するための大気流入経路１４ａを備えており、大気中のＣＯ２をその内部に貯留した電解液に吸収させることができる。また、ＣＯ２吸収器１４は、大気放出経路１４ｂをも備えており、この大気放出経路１４ｂからＣＯ２濃度の低下した大気を放出させることができる。ＣＯ２吸収器１４内の電解液は、ＣＯ２吸収の後に図示しないポンプによって電解液タンク１２に送られる。
【００２２】
また、電解器１０の上流側には、水タンク１６が設けられている。水タンク１６内の水は、図示しないポンプによって電解器１０に送られる。なお、本発明における「電解液」とは、電解液タンク１２やＣＯ２吸収器１４内に貯留されている電解液のみを指すのではなく、この電解液と水タンク１６内の水とが混合した状態の混合液体をも含めたものを指すものとする。
【００２３】
一方、電解器１０の下流側には、ＦＴ合成器１８が設けられている。ＦＴ合成器１８の内部には、鉄、コバルト、ルテニウム系のＦＴ触媒（図示しない）が設けられている。ＦＴ合成器１８は、このＦＴ触媒の作用により、電解器１０からの合成ガス（ＣＯ、Ｈ２）を炭化水素系燃料（ＨＣ）に変換可能に構成されている。
【００２４】
ＦＴ合成器１８におけるＦＴ反応は、下記式（１）で表すことができる。
ＣＯ（ｇ）＋２Ｈ２（ｇ）→−［１／ｎ（ＣＨ２）ｎ］−（ｌ）＋Ｈ２Ｏ（ｇ） ・・・（１）
上記式（１）において、−［１／ｎ（ＣＨ２）ｎ］−は、ＨＣを表すものとする。
ＦＴ反応により得られたＨＣは、ＦＴ合成器１８の下流側の合成燃料タンク２０に蓄えられる。
【００２５】
次に、図２を参照しながら、電解器１０の構成について説明する。図２は、図１の電解器１０の概略図である。図２に示すように、電解器１０は、ＣＯ２吸収済みの電解液で満たされた電解槽２２を備えている。電解槽２２は、陰極２４を有するカソード室２６と、陽極２８を有するアノード室３０と、カソード室２６とアノード室３０とを連結する連結室３２と、カソード室２６の上方に設けられ図１のＦＴ合成器１８に接続されるガス取り出し部３６とを備えている。
【００２６】
陰極２４は、電気分解時にＣＯ２を還元しにくい金属（例えばＰｔ）から本体部分が構成され、この本体部分の表面の一部に、電気分解時にＣＯ２を選択的にＣＯに還元するＣＯ２還元触媒が設けられている。陽極２８は、電気分解時に電解液に溶解しない金属（例えば、Ａｕ、Ｐｔ）から構成されている。
【００２７】
陰極２４と陽極２８との間に電圧を印加すると、各電極において下記式（２）〜（４）の電気化学反応が起こる。
陰極２４：ＣＯ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→ＣＯ＋Ｈ２Ｏ ・・・（２）
２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２ ・・・（３）
陽極２８：２Ｈ２Ｏ→Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ− ・・・（４）
【００２８】
上記式（２）の反応は、陰極２４上のＣＯ２還元触媒が電解液に接する箇所において起こる。また、上記式（３）の反応は、陰極２４の本体部分が電解液に接する箇所において起こる。また、上記式（４）の反応は、陽極２８が水に接する箇所において起こる。
【００２９】
ところで、Ｈ２とＣＯのモル比率をＨ２：ＣＯ＝２：１（以下、この比率を「最適比率」と称す。）に設定することで、ＦＴ反応時のエネルギー効率を向上できることが知られている。本実施形態においては、この点を考慮して、電解器１０で生成するＨ２とＣＯの比率が最適比率となるように、電気分解条件（陰極２４と陽極２８との間に印加する印加電圧や、電解液中のＣＯ２濃度等）を制御している。
【００３０】
しかしながら、陰極２４からガス取り出し部３６に送られるガスには、Ｈ２ガスやＣＯガスの他、電解液から放出（溶出）したＣＯ２ガスが含まれる場合があり、このＣＯ２ガスによって、Ｈ２ガスやＣＯガスの分圧が低くなり、ＦＴ反応時のＨＣの収率が低下する可能性がある。また、ＣＯ２は不活性であるため、ＦＴ反応を阻害する可能性もある。更に、電解液からＣＯ２が放出されることは、電解液中のＣＯ２濃度の低下を意味するので、電解器１０で生成するＨ２とＣＯの比率が最適比率から乖離する要因となり得る。
【００３１】
そこで、本実施形態においては、図２に示すように、カソード室２６の電解液の液面上方に、電解液の液面全体を覆うようにＣＯ２フィルタ３４を設けている。ＣＯ２フィルタ３４は、カソード室２６の所定位置に固定されおり、ＣＯ２分子（短径：約３．２Å、長径：約５．４Å）を通過させずに、Ｈ２分子（短径：約２．０Å、長径：約２．７Å）およびＣＯ分子（短径：約３．３Å、長径：約４．２Å）を通過させることの可能なサイズの細孔が無数に形成された多孔体から構成される。ＣＯ２フィルタ３４としては、その平均細孔径が４．５〜５．０Åのゼオライトが好ましく用いられる。
【００３２】
ＣＯ２フィルタ３４によれば、不純物であるＣＯ２を除去でき、ガス取り出し部３６に送られるガス中のＨ２やＣＯの純度や分圧を高めることができるので、ＦＴ反応時のＨＣの収率低下を良好に抑制できる。また、ガス取り出し部３６に送られるガス中のＣＯ２の混入によるＦＴ反応の阻害を良好に抑制できる。また、図２に示すように、ＣＯ２フィルタ３４が設けられることで、電解液の液面とＣＯ２フィルタ３４との間の空間３８においてＣＯ２の分圧を高めることができるので、電解液からのＣＯ２の放出を抑制できると共に、空間３８に蓄積したＣＯ２ガスを電解液に再吸収させることもできる。従って、電解液のＣＯ２濃度を設定濃度に維持できるので、電解器１０で生成するＨ２とＣＯの比率を最適比率に保つことが可能となる。
【００３３】
なお、本実施形態においては、電解槽２２が上記第１の発明における「電解槽」に、ＣＯ２フィルタ３４が上記第１の発明における「フィルタ」に、それぞれ相当する。
【００３４】
実施の形態２．
次に、図３および図４を参照しながら、本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態においては、上記実施の形態１で説明した燃料製造システムを前提とし、図３の水位計４２の出力を用いて図４に示す電解液注入制御を実行することを特徴とする。そのため、上記実施の形態１と共通する構成については図中に同一の符号を付し、その説明を省略しまたは簡略化するものとする。
【００３５】
図３は、本実施形態における電解器４０の概略図である。図３に示すように、電解器４０は、ＣＯ２フィルタ３４の固定位置の直下のカソード室２６に水位計４２を備えている。水位計４２は、カソード室２６の液面の高さを検出可能に構成されている。
【００３６】
上記実施の形態１で述べたように、陰極２４と陽極２８との間に電圧を印加すると、陽極２８上で上記式（４）の反応が起こり、その結果、Ｈ２Ｏが消費される。そのため、電解槽２２の液面は経時的に低下していくことになる。そこで、本実施形態においては、水位計４２を用いて電解液の液面の高さを測定しながら、電解液の液面とＣＯ２フィルタ３４との間に気相（つまり、上記実施の形態１で説明した空間３８）が生じないように電解液および／または水を電解槽２２に供給することとしている（電解液注入制御）。
【００３７】
電解液注入制御を実行すれば、電解液の液面とＣＯ２フィルタ３４との間の気相の体積をほぼゼロに近づけて、その全圧を高めることができる。そのため、電解液からのＣＯ２の放出を一層抑制できると共に、電解液へのＣＯ２ガスの再吸収も一層促進できる。従って、電解器１０で生成するＨ２とＣＯの比率を、最適比率に近い値に保つことが可能となる。
【００３８】
図４は、本実施形態において実行される電解液注入制御の具体的なフローチャートを示した図である。なお、図４に示すルーチンは、陰極２４と陽極２８との間に電圧を印加している間、繰り返し実行されるものとする。
【００３９】
図４に示すルーチンでは、先ず、水位計４２からカソード室２６の液面高さが取得される（ステップ１００）。続いて、この液面高さが予め設定した所定レベルを下回るか否かが判定される（ステップ１１０）。本実施形態においては、この所定レベルが満水レベル、つまり電解液の液面と、ＣＯ２フィルタ３４の底面とが接する高さに設定されているものとする。
【００４０】
ステップ１１０において、液面高さが所定レベルを下回ると判定された場合には、電解液タンク１２から電解液および／または水タンク１６から水が電解槽２２に注入される（ステップ１２０）。なお、注入される電解液および水の総量は、電気分解によって消費された水量に応じて別途調整されるものとする。また、この消費水量は、例えば水位計４２から取得した液面高さに基づいて推定されるものとする。一方、液面高さが所定レベルを下回る場合には、電解液および／または水の注入を中止する（ステップ１３０）。
【００４１】
以上、図４に示したルーチンによれば、液面高さが満水レベルを下回ると判定された場合に電解液および／または水が電解槽２２に注入されるので、ＣＯ２フィルタ３４と液面の間の気相の体積をほぼゼロに近づけて、その全圧を高めることができる。従って、電解器１０で生成するＨ２とＣＯの比率を、最適比率に近い値に保つことが可能となる。
【００４２】
なお、本実施形態においては、電解液タンク１２および／または水タンク１６が上記第２の発明における「電解液供給手段」に相当する。また、本実施形態においては、図４のルーチンを実行することにより上記第２の発明における「電解液供給制御手段」が実現されている。
【００４３】
実施の形態３．
次に、図５乃至図７を参照しながら、本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態においては、上記実施の形態１で説明した燃料製造システムを前提とし、図６の圧力計５４の出力を用いて図７に示すＣＯ２放出制御を実行することを特徴とする。そのため、上記実施の形態１と共通する構成については図中に同一の符号を付し、その説明を省略しまたは簡略化するものとする。
【００４４】
図５は、実施の形態３の合成ガス生成装置を含む燃料製造システムの全体構成を示す概略図である。図５に示すように、本実施形態の合成ガス生成装置は、図１の電解器１０同様、電気分解によりＣＯガスおよびＨ２ガスを同時に生成する電解器５０を備えている。電解器５０は、ＣＯ２放出経路５２を介してＣＯ２吸収器１４と接続されている。ＣＯ２吸収器１４は、ＣＯ２放出経路５２の他に、大気をバブリング導入するための大気流入経路１４ａと大気放出経路１４ｂとを備えている。ＣＯ２放出経路５２を流れるガス中のＣＯ２や、大気流入経路１４ａを流れる大気中のＣＯ２は、ＣＯ２吸収器１４内の電解液に吸収され、大気放出経路１４ｂを経由して外部に放出される。
【００４５】
また、図６は、本実施形態における電解器５０の概略図である。図６に示すように、カソード室２６は、ＣＯ２フィルタ３４の固定位置よりも下側においてＣＯ２放出経路５２と接続している。また、カソード室２６がＣＯ２放出経路５２と接続する接続口近傍の放出経路５２には、圧力計５４が設けられている。圧力計５４は、空間３８内の圧力を検出可能に構成されている。また、圧力計５４の近傍のＣＯ２放出経路５２には、ＣＯ２放出経路５２を開閉する遮断弁５６が設けられている。
【００４６】
上記実施の形態１で述べたように、ＣＯ２フィルタ３４を設けることで空間３８においてＣＯ２の分圧を高めることができる。しかしながら、経時的に見ると、空間３８においては、ＣＯ２の分圧だけでなく全圧も上昇するので、電解液の液面が押し下げられていくことになる。電解液の液面が押し下げられれば、陰極２４上のＣＯ２還元触媒が電解液に接触する面積が低下する。そうすると、電気分解の効率が低下し、或いは、電解器１０で生成するＨ２とＣＯの比率が最適比率から乖離する要因となり得る。そこで、本実施形態においては、圧力計５４を用いて空間３８の圧力を測定し、空間３８の全圧が一定値以下になるように遮断弁５６の開閉を制御することとしている（ＣＯ２放出制御）。
【００４７】
ＣＯ２放出制御を実行すれば、電解液の液面を一定以上の高さに維持できる。そのため、上述した電気分解の効率低下や、最適比率からの乖離といった問題を未然に防止できる。また、空間３８のＣＯ２ガスは、高圧かつ高濃度である。従って、ＣＯ２放出制御を実行すれば、ＣＯ２吸収器１４でのＣＯ２吸収量を増やして全体のシステム効率を向上させることが可能となる。
【００４８】
図７は、本実施形態において実行されるＣＯ２放出制御の具体的なフローチャートを示した図である。なお、図７に示すルーチンは、陰極２４と陽極２８との間に電圧を印加している間、繰り返し実行されるものとする。
【００４９】
図７に示すルーチンでは、先ず、圧力計５４から空間３８の圧力Ｐａが取得される（ステップ１４０）。続いて、この圧力Ｐａが閾値（例えば、２０ｋＰａ）よりも高いか否かが判定される（ステップ１５０）。そして、圧力Ｐａが閾値よりも高いと判定された場合には、空間３８内の圧力を低下させるべく遮断弁５６が開かれ、空間３８内のＣＯ２ガスがＣＯ２放出経路５２側に放出される（ステップ１６０）。一方、圧力Ｐａが閾値以下であると判定された場合には、遮断弁５６が閉じられる（ステップ１７０）。
【００５０】
以上、図７に示したルーチンによれば、空間３８の圧力Ｐａが閾値よりも高いと判定された場合にＣＯ２をＣＯ２放出経路５２側に放出してＣＯ２吸収器１４に還流できる。従って、電解液の液面を一定以上の高さに維持できるので、電気分解の効率低下や最適比率からの乖離といった問題を未然に防止できる。また、ＣＯ２吸収器１４でのＣＯ２吸収量を増やして全体のシステム効率を向上させることが可能となる。
【００５１】
なお、本実施形態においては、電解液タンク１２が上記第３の発明における「電解液供給手段」に、ＣＯ２吸収器１４が上記第３の発明における「ＣＯ２吸収手段」に、ＣＯ２放出経路５２が上記第３の発明における「接続通路」に、遮断弁５６が上記第３の発明における「開閉制御手段」に、圧力計５４が上記第３の発明における「空間圧力取得手段」に、それぞれ相当する。また、本実施形態においては、図７のステップ１５０〜１７０の処理を実行することにより上記第３の発明における「連通制御手段」が実現されている。
【符号の説明】
【００５２】
１０，４０，５０ 電解器
１２ 電解液タンク
１４ ＣＯ２吸収器
１４ａ 大気流入経路
１４ｂ 大気放出経路
１６ 水タンク
１８ ＦＴ合成器
２０ 合成燃料タンク
２２ 電解槽
２４ 陰極
２６ カソード室
２８ 陽極
３０ アノード室
３２ 連結室
３４ ＣＯ２フィルタ
３６ ガス取り出し部
３８ 空間
４２ 水位計
５２ ＣＯ２放出経路
５４ 圧力計
５６ 遮断弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＯ２を吸収させた電解液を電気分解してＨ２とＣＯとを含む合成ガスを生成する合成ガス生成装置であって、
陽極を有するアノード室と陰極を有するカソード室とを備え、それぞれの内部にＣＯ２吸収電解液を蓄える電解槽と、
前記カソード室におけるＣＯ２吸収電解液の液面全体を覆うように固定配置され、ＣＯ２を通過させることなくＨ２およびＣＯを通過可能なフィルタと、
を備えることを特徴とする合成ガス生成装置。
【請求項２】
前記電解槽にＣＯ２吸収電解液を供給する電解液供給手段と、
前記フィルタの液面対向面からＣＯ２吸収電解液の液面までの液面間距離が設定距離よりも短くなるように前記電解液供給手段を制御する電解液供給制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の合成ガス生成装置。
【請求項３】
前記電解槽にＣＯ２吸収電解液を供給する電解液供給手段と、
前記電解液供給手段に接続されると共に、内部に蓄えた電解液にＣＯ２を吸収させることが可能なＣＯ２吸収手段と、
前記フィルタの固定箇所よりも下側の所定位置に接続され、前記カソード室と前記ＣＯ２吸収手段とを接続する接続通路と、
前記接続通路の開閉を制御する開閉制御手段と、
前記フィルタの液面対向面とＣＯ２吸収電解液の液面との間に形成される空間の圧力を取得する空間圧力取得手段と、
前記空間圧力取得手段によって取得した圧力が設定圧よりも高圧の場合に、前記接続通路を開くように前記開閉制御手段を制御する連通制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の合成ガス生成装置。
【請求項４】
前記フィルタは、Ｈ２分子およびＣＯ分子を通過させ、かつ、ＣＯ２分子を通過させないサイズの細孔が形成された多孔体から構成されることを特徴とする請求項１乃至３何れか１項に記載の合成ガス生成装置。
【請求項１】
ＣＯ２を吸収させた電解液を電気分解してＨ２とＣＯとを含む合成ガスを生成する合成ガス生成装置であって、
陽極を有するアノード室と陰極を有するカソード室とを備え、それぞれの内部にＣＯ２吸収電解液を蓄える電解槽と、
前記カソード室におけるＣＯ２吸収電解液の液面全体を覆うように固定配置され、ＣＯ２を通過させることなくＨ２およびＣＯを通過可能なフィルタと、
を備えることを特徴とする合成ガス生成装置。
【請求項２】
前記電解槽にＣＯ２吸収電解液を供給する電解液供給手段と、
前記フィルタの液面対向面からＣＯ２吸収電解液の液面までの液面間距離が設定距離よりも短くなるように前記電解液供給手段を制御する電解液供給制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の合成ガス生成装置。
【請求項３】
前記電解槽にＣＯ２吸収電解液を供給する電解液供給手段と、
前記電解液供給手段に接続されると共に、内部に蓄えた電解液にＣＯ２を吸収させることが可能なＣＯ２吸収手段と、
前記フィルタの固定箇所よりも下側の所定位置に接続され、前記カソード室と前記ＣＯ２吸収手段とを接続する接続通路と、
前記接続通路の開閉を制御する開閉制御手段と、
前記フィルタの液面対向面とＣＯ２吸収電解液の液面との間に形成される空間の圧力を取得する空間圧力取得手段と、
前記空間圧力取得手段によって取得した圧力が設定圧よりも高圧の場合に、前記接続通路を開くように前記開閉制御手段を制御する連通制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の合成ガス生成装置。
【請求項４】
前記フィルタは、Ｈ２分子およびＣＯ分子を通過させ、かつ、ＣＯ２分子を通過させないサイズの細孔が形成された多孔体から構成されることを特徴とする請求項１乃至３何れか１項に記載の合成ガス生成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−６０６１６（Ｐ２０１３−６０６１６Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９８４７１（Ｐ２０１１−１９８４７１）
【出願日】平成２３年９月１２日（２０１１．９．１２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１２日（２０１１．９．１２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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